Các nhà khoa học Mỹ phát triển thành công pin co giãn cho các ứng dụng mang đeo trên người

[miro1510]

Nhóm nghiên cứu Đại học Houston (UH) phát triển thành công một nguyên mẫu pin lithium-ion linh hoạt từ vải dệt sợi bạc và điện phân polymer, có thể co giãn, vặn xoắn cho những ứng dụng mang đeo trên người.

Nguyên mẫu pin polymer có thể uốn cong, co giãn được phát triển trong phòng thí nghiệm UH của GS Haleh Ardebili. Ảnh: Đại học Houston

Những thiết bị điện tử thế hệ tiếp theo yêu cầu có khả năng co giãn trong những ứng dụng đời sống, như các thiết bị đeo, cảm biến sinh học cấy ghép. Nhu cầu này đã dẫn đến sự phát triển của loại pin có thể co giãn, cung cấp hiệu suất ổn định khi bị kéo căng, uốn cong và vặn xoắn.

Cho đến nay, mặc dù có những tiến bộ lớn trong tiến trình phát triển các thiết bị lưu trữ năng lượng linh hoạt, vẫn còn nhiều thách thức cần được giải quyết để phát triển pin lithium-ion linh hoạt, chịu được áp lực co giãn, vặn xoắn. Pin thông thường ở thể rắn cứng, hạn chế chức năng của các sản phẩm, đồng thời pin sử dụng chất điện phân lỏng, gây nên mối lo ngại về an toàn cho con người.

Để phát triển các sản phẩm linh hoạt, thân thiện với người dùng, một nhóm nhà khoa học tại Đại học Houston, Mỹ đã thiết kế, phát triển và chế tạo thành công một nguyên mẫu pin lithium-ion trên cơ sở vải có thể co giãn, vặn xoắn. Chìa khóa của sáng tạo đột phá mới của các nhà nghiên cứu là sử dụng vải sợi bạc dẫn điện làm nền tảng của pin và bộ thu dòng điện.

Haleh Ardebili, tác giả của bài báo khoa học cho biết: “Vải dệt bằng bạc rất lý tưởng cho chế tạo pin linh hoạt vì có thể biến dạng hoặc co giãn cơ học mà vẫn cung cấp các đường dẫn điện cần thiết để điện cực của pin hoạt động tốt. Điện cực của pin phải cho phép chuyển động của cả electron và ion”.

Các nhà nghiên cứu của UH kéo dài, thử nghiệm và theo dõi hiệu suất của pin lithium-ion, chế tạo trên vải có thể co giãn. Phần có vân màu xám là nguyên mẫu pin. Ảnh: Đại học Houston

Pin chế tạo trên vải có thể co giãn sử dụng chất điện phân polymer thể rắn dẻo linh hoạt, có những lợi thế lớn hơn so với pin sử dụng chất điện phân lỏng truyền thống. Một trong những lợi ích lớn nhất của loại pin linh hoạt là an toàn hơn và tương thích hơn với công nghệ thiết kế các thiết bị đeo. Đặc điểm này đặc biệt quan trọng, được ứng dụng trong các thiết bị đeo dệt may, được thiết kế để mang đeo gần da hoặc các cơ quan khác, sử dụng trong thể thao và y tế do pin lithium-ion chất điện phân dạng lỏng có thể gây rủi ro cho người dùng.

Trong những thử nghiệm thực tế, các nhà nghiên cứu đã chứng minh được, pin phát triển trên vải sợi bạc có thể kéo dãn dài tới 15% mà không làm tăng đáng kể trở kháng bên trong của của thiết bị.

Ông Ardebili cho biết: “Chúng tôi đã tạo ra một mẫu thử nghiệm thành công, đồng thời chúng tôi tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa thiết kế, vật liệu và cấu trúc thiết kế của pin.

Các nhà nghiên cứu khẳng định, nguyên mẫu pin chế tạo trên cơ sở vải có thể co giãn sẽ mở đường cho vô vàn ứng dụng trong đời sống như bộ quần áo không gian thông minh, thiết bị điện tử tiêu dùng nhúng trong quần áo theo dõi sức khỏe con người, những thiết bị internet vạn vật tương tác với con người ở nhiều cấp độ khác nhau như điều chỉnh nhiệt độ phòng hoặc báo động về tình trạng sức khỏe. Có rất nhiều thiết kế và ứng dụng khả thi cho pin an toàn, nhẹ, linh hoạt và có thể co giãn.

Mặc dù nguyên mẫu đã được chế tạo, nhưng để thiết kế được nguyên mẫu nền tảng cho loại pin mềm dẻo, co dãn và linh hoạt đòi hỏi một quá trình dài hơi nghiên cứu, phát triển, hoàn thiện và tối ưu hóa để các sản phẩm có mặt trên thị trường.

Ardebili cho biết trong một tuyên bố: “Khả năng tồn tại về mặt thương mại phụ thuộc vào nhiều yếu tố, chẳng hạn như mở rộng khả năng sản xuất của sản phẩm, chi phí và các yếu tố khác . “Chúng tôi đang nỗ lực hướng tới những cân nhắc và mục tiêu đó khi chúng tôi tối ưu hóa và nâng cao loại pin có thể kéo dài của mình”.